KR102129779B1 - 커피허스크 연료 생산시스템 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 커피허스크를 이용한 연료 생산시스템으로서, 상기 커피허스크를 촉매 및 용매와 혼합하여 혼합물을 제조하는 반응기 본체, 상기 혼합물의 수분을 제거하는 탈수 유닛, 상기 탈수된 혼합물을 건조하는 건조 유닛 및 상기 건조 유닛에서 건조된 혼합물을 펠렛 형태로 성형하는 성형 유닛을 포함하는 구조로 이루어지고, 알칼리성 물질의 함량 및 회분 함량이 낮고, 높은 회융점을 갖는 커피허스크를 제조할 수 있는 커피허스크 연료 생산시스템에 대한 것이다.

Description

커피허스크 연료 생산시스템 {Fuel Production System of Coffee Husk}
본 발명은 발열량이 높고 회분량이 낮은 커피허스크를 이용하여 바이오매스 연료를 제저하는 생산시스템으로서, 보일러 운전시 커피허스크에 의한 파울링(fouling), 슬래깅(slagging), 고온부식, 크링커(clinker) 생성 등을 유발하는 회분유발성분을 제거하기 위하여, 상기 회분유발성분을 포함하는 액상성분에 촉매를 부가하는 수처리 방법을 적용한 탈수 세척공정을 진행하는 커피허스크 연료 생산시스템에 대한 것이다.
지구 온난화 문제의 가장 큰 요인 중의 하나로 화석연료에 기반한 에너지원이 문제되고 있다. 이에 대해, 상기 화석연료에 비하여 이산화탄소의 배출이 저감되어 지구온난화 및 기후변화에 대응할 수 있는 에너지원으로서 신재생 에너지의 이용 및 보급에 대한 관심이 증가하고 있다.
국내에서는 화석연료의 고갈과 더불어 국제조약인 기후변화협약 대응에 따른 온실가스 감축이 대두되면서 일정규모(500MW) 이상의 발전설비(신재생에너지 설비는 제외)를 보유한 발전사업자(공급의무자)에게 총 발전량의 일정비율 이상을 신재생에너지를 이용하여 공급토록 의무화한 신재생 에너지공급의무화제도(Renewable Portfolio Standard; RPS)가 도입되었으며 이런 의무공급량 미이행분에 대해서는 공급인증서 평균거래가격의 150% 이내에서 불이행사유, 불이행 횟수 등을 고려하여 과징금을 부과할 수 있도록 법제화 하였다.
이에 따라 대규모 석탄화력 발전사에서는 신재생에너지 공급의무 비중을 달성하기 위하여 석탄의 이산화탄소 발생을 감축시키는 발전 플랜트 연계 및 석탄 가스화 복합발전(Integrated Gasification Combined Cycle; IGCC), 초초임계압(Ultra Supercritical, USC)기술, CO2 포집 및 저장기술 등의 청정 석탄 기술(Clean Coal Technology, CCT), 및 바이오매스(bio-mass) 혼소 등을 시도하고 있으나 근본적인 문제해결에는 극복해야 할 부분이 다수 존재하고 있는 실정이다.
특히, 바이오매스 혼소의 경우에는 석탄에 비하여 상대적으로 낮은 발열량의 바이오매스를 연소함에 따라 발전효율이 저하된다는 문제점을 안고 있다.
또한, 바이오매스 내에 포함된 금속성분을 포함하는 무기질 성분에 의한 클링커(clinker)나 파울링(fouling)이 발생하는 문제점도 안고 있다. 이러한 문제점을 해결하기 위하여 선행 연구에서는 석탄에 오일계 바이오매스를 혼합시킨 연료를 적용하는 기술이 개발되었다. 이처럼 단순히 석탄과 오일계 바이오매스를 혼합시킨 연료의 경우, 석탄의 표면이 대체로 오일로 코팅되거나 기공 안으로 오일이 일부 함침하게 된다. 하지만 오일 자체의 낮은 표면장력과 오일계 바이오매스와 석탄 표면의 결합력이 부족하여, 석탄과 바이오매스는 각각 기존의 연소 특성을 유지하므로 결과적으로는 다른 연소 특징을 보이게 된다. 따라서 이를 발전소에 적용하면 버너 앞부분에서 오일의 저온 연소 패턴으로 인하여 산소가 우선적으로 과잉 소모하게 되고, 결국 석탄의 연소를 저해하여 미연 탄소(unburned carbon)의 양이 증가하게 되며 발전 효율을 감소시키게 된다.
한편, 바이오매스 연료 성분에 포함되는 칼륨 및 염소 성분이 연소 과정에서 화학결합하여 염화칼륨을 생성할 수 있는데, 상기 염화칼륨(용융온도 776℃)은 점성이 강하여 부착이 잘되며, 염소 반응 등에 의한 부식을 가속화시키는 성질이 있다.
연소로에서 상기와 같은 현상이 발생되면 공정의 효율이 감소되고, 궁극적으로 이와 같은 현상이 심화되면 조업을 중단해야 하는 등 막대한 경제적 손실을 초래하게 된다.
이와 같은 문제점을 해결하기 위하여, 특허문헌 1은 바이오매스 재료를 공급하는 공급부, 상기 공급부와 연결된 투입구 및 상기 투입구와 이격된 배출구가 형성된 반탄화공간을 구비하며, 상기 반탄화공간의 하부에 마련된 다공스크린과, 상기 반탄화공간으로 공급된 상기 바이오매스를 교반하면서 상기 배출구 측으로 이동시키는 교반기를 갖는 반탄화처리부, 상기 다공스크린의 하부 영역에 마련되는 히터와, 상기 히터의 하부에 인접하게 마련되는 열교환기를 갖는 가열부, 상기 가열부를 거쳐 상기 반탄화공간으로 송풍하는 송풍부를 포함하는 바이오매스 반탄화 장치를 개시한다.
그러나, 바이오매스는 그 종류에 따라 다양한 연료 가공 공정의 설계가 가능한 특징이 있는데, 특허문헌 1은 커피허스크를 연료로 이용하는 방법에 대해서는 전혀 개시하지 않고 있다.
특허문헌 2는 초본계 또는 목질계 원료를 파쇄하여 배출하는 파쇄기; 상기 파쇄기로부터 배출되는 원료를 자연건조시키는 1차 건조기; 상기 1차 건조기로부터 배출되는 원료를 투입받아 열원으로부터 발생된 열풍에 의해 건조시키는 2차 건조기; 상기 2차 건조기로부터 원료를 투입받아 분쇄한 다음 펠렛으로 성형하는 분쇄 및 성형기; 상기 분쇄 및 성형기로부터 배출되는 펠렛으로부터 가루를 분리하는 1차 정선기; 상기 1차 정선기에 의해 가루가 제거된 펠렛을 투입받아 고열에 의해 반탄화시키고, 배출되는 폐열을 상기 2차 건조기로 투입시키는 탄화기; 상기 탄화기로부터 배출되는 펠렛을 냉각시키는 냉각기; 상기 냉각된 펠렛을 투입받아 가루를 분리하는 2차 정선기로 구성되는 반탄화 펠렛 제조장치 및 방법, 그리고 이를 이용하여 제조된 반탄화 펠렛을 개시한다.
특허문헌 3은 바이오매스를 건조하는 바이오매스 건조기; 연료를 연소하여 무산소화 된 배기가스를 생성하는 연료 농후형 연소기; 상기 바이오매스 건조기로부터 건조된 바이오매스를 공급받고, 연료 농후형 연소기로부터 무산소 배기가스를 공급받아, 무산소 배기가스를 통해 바이오매스를 가열하는 반탄화 반응로를 포함하는 연료 농후형 바이오매스 반탄화 장치를 개시한다.
그러나, 특허문헌 2 및 특허문헌 3은 탄화 과정을 거치지 않고 펠렛을 제조하는 방법을 개시하지 못하고 있다.
특허문헌 4는 열분해장치 내부에 하향 구배를 가지는 다수개의 방해판이 지그재그로 형성되어 열전달효율을 높인 다중 방해판 열분해장치를 개시한다.
그러나, 상기 특허문헌 4는 건조장치, 열분해 장치를 포함하는 장치를 개시하고 있을 뿐, 바이오매스를 이용하여 연료를 제조하는 전체 공정을 제시하지 못하는 한계가 있다.
이와 같이, 발열량이 높고 회분량이 낮은 커피허스크를 연료로 가공하는 장치 내지 방법으로서, 회분량을 낮춤으로서 반응기 등에 파울링, 슬래깅 등의 문제가 발생하는 것을 방지할 수 있는 기술에 대한 필요성이 높은 실정이다.
한국 등록특허공보 제1344860호 한국 등록특허공보 제1309023호 한국 등록특허공보 제1287184호 한국 등록특허공보 제1573677호
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 발명으로, 반응기 운전시 커피허스크에 의해 파울링, 슬래깅, 고온 부식, 크링커 생성 등 반응기 벽면 및 열교환기 등의 전열면에 악영향을 발생하는 회분유발성분을 제거하기 위하여 세척 및 탈수 공정을 통한 고액분리 과정이 연계된 커피허스크 연료 생산시스템을 제공하는 데 있다.
이를 위하여 본 발명에서는, 커피허스크를 이용한 연료 생산시스템으로서, 상기 커피허스크를 촉매 및 용매와 혼합하여 혼합물을 제조하는 반응기 본체, 상기 혼합물의 수분을 제거하는 탈수 유닛, 상기 탈수된 혼합물을 건조하는 건조 유닛 및 상기 건조 유닛에서 건조된 혼합물을 펠렛 형태로 성형하는 성형 유닛을 포함하는 커피허스크 연료 생산시스템을 포함할 수 있다.
또한, 상기 탈수 유닛은 상기 반응기 본체에서 형성된 혼합물의 수분을 순차적으로 제거하는 제 1 탈수 유닛 및 제 2 탈수 유닛을 포함할 수 있다.
또한, 상기 제 2 탈수 유닛은, 상기 제 1 탈수 유닛에서 탈수된 혼합물의 세척공정 및 2차 탈수 공정을 수행할 수 있다
또한, 상기 커피허스크가 공급되는 반응기 본체에는 진동부가 추가될 수 있다.
또한, 상기 탈수 유닛은 롤링 방식을 이용하여 고체와 액체를 압착 및 분리할 수 있다.
또한, 상기 반응기 본체에서는 100℃이하의 상압 상태에서 열수 추출 공정이 이루어질 수 있다.
또한, 상기 건조 유닛에서 제거된 폐액은 재활용될 수 있다.
또한, 상기 커피허스크 연료 생산시스템은 전체 공정을 제어할 수 있는 컨트롤 유닛을 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 커피허스크 연료 생산시스템의 상기 반응기 본체에서 상기 커피허스크에 포함된 알칼리 계열 물질을 제거할 수 있다.
또한, 상기 커피허스크 연료 생산시스템을 통해 제조된 커피허스크의 회융점 온도는 커피허스크 원시료의 회융점 온도보다 증가될 수 있다.
또한, 상기 반응기 본체는 내부 반응기 및 상기 내부 반응기를 감싸는 자켓 구조의 외부 반응기로 구성되고, 상기 내부 반응기 및 외부 반응기 각각에는 스팀 공급부 및 배출부가 형성되어 스팀의 공급 및 배출이 이루어지며, 상기 반응기 본체로 공급되는 스팀은 오일을 원료로 사용하는 버너에 물을 투여하여 상기 물을 가열하여 생산되고, 상기 버너에는 상기 반응기 본체의 내부 온도에 따라 공급되는 오일 및 물의 양을 조절하는 밸브가 연결되어 있으며, 상기 커피허스크, 물 및 촉매는 상기 반응기 본체에 공급된 후 스팀에 의해 간접 가열되어 반응이 이루어진 후 배출되고, 상기 반응기 본체에는 상기 커피허스크, 물 및 촉매의 주입량을 조절하는 조절 밸브가 연결되어 있으며, 상기 커피허스크, 물, 촉매 및 스팀의 공급 및 배출은 상기 컨트롤 유닛에 의해 제어되고, 상기반응기 본체에서 배출된 혼합물은 고액분리되고, 상기 반응기 본체에서 배출된 스팀은 스크러버를 통과하여 배출될 수 있다.
본 발명의 커피허스크 연료 생산시스템에 따르면, 산 또는 알칼리 촉매의 저온 반응 조건을 통해 커피허스크로부터 회분유발성분을 효과적이면서 쉽게 추출 분리할 수 있어, 보일러 내 바이오매스 전소 및/또는 혼소를 위한 원료를 선택적으로 확보할 수 있다.
또한, 저온조건에서 산 또는 알칼리 처리함으로써 폐수처리공정을 단순화하고 비용을 절감할 수 있는 효과가 있다.
또한, 바이오매스에 포함된 알칼리 및 알칼리토금속, 할로겐족 원소 등의 회분유발성분을 효과적으로 제거하여 발전연료에 적용시 연소시스템 운전 중 발생할 수 있는 클링커, 파울링 및 알칼리 부식 문제를 효과적으로 저감할 수 있다.
또한, 고액 분리를 위한 세척 및 탈수공정을 적용하여 바이오매스의 액상성분 중의 회분유발성분을 효과적으로 분리함으로써 처리수를 재활용할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 하나의 일실시예에 따른 커피허스크 연료 생산시스템을 나타낸 공정도이다.
도 2는 다른 하나의 일실시예에 따른 커피허스크 연료 생산시스템을 나타낸 흐름도이다.
도 3은 본 발명에 따른 커피허스크, 커피허스크 원시료 및 우드 펠렛의 공업 분석 결과를 나타낸 표이다.
도 4는 본 발명에 따른 커피허스크, 커피허스크 원시료 및 우드 펠렛의 성분 분석 결과를 나타낸 표이다.
도 5는 회융점 분석표이다.
본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야 만 한다. 따라서 본 명세서에 기재된 실시예는 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 커피허스크 연료 생산시스템을 상세히 설명한다.
도 1은 하나의 실시예에 따른 커피허스크 연료 생산시스템의 공정도이다.
도 1을 참조하면, 커피허스크 연료 생산시스템은 커피허스크를 촉매 및 용매와 혼합하여 혼합물을 제조하는 반응기 본체(10), 상기 반응기 본체에서 형성된 혼합물의 수분을 순차적으로 제거하는 제 1 탈수 유닛(21) 및 제 2 탈수 유닛(22), 상기 탈수된 혼합물을 건조하는 건조 유닛(30) 및 상기 건조 유닛(30)에서 건조된 혼합물을 펠렛 형태로 성형하는 성형 유닛(40)을 포함한다.
반응기 본체(10)는 커피허스크 공급부(11), 물 공급부(12) 및 촉매 공급부(13)가 연결되어 있고, 반응기 본체(10)의 반응 결과물은 제 1 탈수 유닛(21)으로 이동하여 롤링 방식을 통하여 고체와 액체가 압착 및 분리된다.
분리된 액체 폐액은 배출된 후 재활용되고, 나머지는 제 2 탈수 유닛(22)으로 이동하여 세척공정 및 2차 탈수 공정이 수행되어 고체 및 액체가 다시 분리된다. 분리된 액체 폐액은 배출된 후 재활용된다.
성형 유닛(40)에서 펠렛 형태로 성형된 커피허스크 연료는 대형 석탄 화력발전소의 재생에너지 의무할당제(RPS) 대응형 연료로 적용될 수 있다.
상기 촉매는 독립적 또는 물과 혼합되어 공급될 수 있다.
한편, 상기 커피허스크는 기본적으로 수분 함량이 10% 이상인 점을 고려할 때, 상기 커피허스크가 상기 반응기 본체로 공급될 때 호퍼와 공급피더 간에 공급 문제가 발생하지 않도록, 진동을 인가할 수 있는 해머시스템이 반응기 본체에 추가로 부착된 구조일 수 있다.
상기 회분유발성분이란 연소반응에 사용되는 바이오매스에 포함된 무기물 성분 중 반응 후단의 반응기 벽면, 열교환기, 후단 배가스 처리 설비의 표면에 물리, 화학적으로 부착되어 파울링, 슬래깅, 부식, 크링커 생성 등을 유발하는 회분유발성분을 의미한다.
상기 회분유발성분은 알칼리, 알칼리토금속, 할로겐족 원소일 수 있다.
바람직하게는 나트륨, 칼륨, 염소일 수 있다.
도 2는 다른 하나의 실시예에 따른 커피허스크 연료 생산시스템의 흐름도이다.
도 2를 참조하면, 반응기 본체(260)의 온도를 제어하기 위하여 스팀을 사용하는 바, 물 주입관(110)을 통해 물 탱크(100)에서 버너(130)로 스팀 생산을 위한 물이 공급된다. 버너(130)는 물을 가열하여 스팀을 생산하여 스팀 주입 라인(150)을 통해 세퍼레이터로 이동하고, 컨트롤 유닛(320)의 제어를 통해 반응기 본체(260) 방향으로 스팀이 이동되거나, 또는 잉여 스팀은 스팀 배출관(160)을 통해 시스템 외부로 배출된다. 또한, 버너(130)에서 스팀 생산에 사용되지 않은 잉여 물은 물 배출관(120)을 통해 배출되고, 버너(130)에서 초과 생산된 스팀은 스팀 배출관(140)을 통해 배출된다.
버너(130)의 에너지원으로는 오일이 사용되는 바 오일 탱크(170)는 버너(130)와 연결된 상태에서 오일 주입관(180)을 통해 오일이 공급된다.
반응기 본체(260)는 내부 반응기 및 외부 반응기로 구성되고 상기 반응기 본체에는 스팀 주입 라인(200)에서 공급되는 스팀이 공급되고, 상기 스팀의 공급량은 스팀 조절 밸브(190)에 의해 조절될 수 있다.
구체적으로, 상기 외부 반응기에 스팀 공급부(240) 및 스팀 배출부(270)가 형성되어 스팀을 공급함으로써 상기 내부 반응기를 간접 가열한다. 상기 내부 반응기에도 스팀 공급부(230) 및 스팀 배출부(220)가 형성되어 내부 반응기의 내측 공간에 스팀의 공급이 이루어지고, 상기 내부 반응기에서 배출된 스팀은 스팀 배출 라인(280)을 통해 외부로 배출된다.
예를 들어, 외부 반응기로 공급되는 스팀에 의해 내부 반응기의 온도 증가의 효과가 낮을 경우에는, 내부 반응기 내부로 직접 스팀을 공급하여 신속하게 반응물의 온도를 증가시킬 수 있는 장점이 있다.
상기 내부 반응기에 공급되는 스팀량은 스팀 조절 밸브(210)에 의해 조절되고, 배출되는 스팀량은 스팀 조절 밸브(250)에 의해 조절될 수 있다.
스팀 배출 라인(280)을 통해 배출된 스팀은 스크러버(290)로 이동되는 바, 스크러버(290)에 세척수(300)가 공급되어 스팀을 세척하고 폐액(310)은 배출된 후 재활용 된다.
상기 반응물이 상기 반응기 본체 내에 체류하는 시간은 10분 내지 10시간일 수 있다. 바람직하게는 체류하는 시간은 20분 내지 2시간일 수 있으며, 더욱 바람직하게는 체류하는 시간은 30분 내지 1시간일 수 있다. 상기 체류하는 시간을 벗어나면 상기 원료 중에 회분유발성분이 충분히 분리되지 않는다.
상기 체류하는 시간조건은 원료에 따라 변화될 수 있다.
상기 반응기본체에는 물 및 촉매로서 산성용액, 염기성용액을 주입할 수 있다.
상기 물은 온수, 열수, 증기일 수 있다.
상기 산성용액은 아세트산, 질산, 염산, 황산, 불산, 개미산 중 어느 하나 또는 2종 이상일 수 있다.
상기 반응기 본체에서 배출되는 액상성분에 상기 회분유발성분이 포함될 수 있다.
상기 액상성분은 소량의 유기화합물 및 회분유발성분을 포함하는 수용액일 수 있다. 상기 유기화합물은 탄소, 수소, 질소, 산소, 황 성분을 주요 구성성분으로 할 수 있다.
상기 액상성분의 pH는 6이하일 수 있으며, 상세하게는 pH는 2.5에서 4이하일 수 있고, 더욱 상세하게는 pH 최적 조건은 3일 수 있다.
상기 액상성분의 pH는 상기 원료내의 유기산에 의해 pH가 낮아지는 것에 기술적 특징이 있다. 상기 유기산으로는 acetic acid, formic acid, levulinic acid, 5-HMF, Furfural, propanoic acid, 4-hydroxy-butanoic acid, 2-butenoic acid 등이 있다. 상기 유기산은 하나에서 하나 이상이 서로 혼합된 형태일 수 있다. 바람직하게, pH 3.11을 유지하기 위한 유기산의 농도는 formic acid 10 wt%, acetic acid 43.81 wt%, levulinic acid 4.58 wt%, 5-HMF 0.91 wt%, furfural 40.04 wt% 가 될 수 있다. 더욱 바람직하게, 해당 유기산의 농도가 pH 3.11을 유지하기 위해서 물과 서로 혼합된 형태를 포함한다.
추가적으로 회분유발성분 분리유닛의 반응성 향상을 위해 산액인 acetic acid(C2H4O2), formic acid(HCOOH), propanoic acid(CH3CH2COOH), 4-hydroxy-butanoic acid, 2-butenoic acid, 황산(H2SO4), 염산(HCl), 질산(HNO3), 인산(H3PO4), 과초산(C2H4O3), 초산(CH3COOH), 옥살산(C2H2O4) 중 어느 하나 이상을 추가로 투입할 수 있다.
상기 산액의 첨가량은 전체 투입 열수량 대비 10 wt% 이상 일 수 있다.
상기 산액의 첨가에 의한 pH는 바람직하게는 4이하 일 수 있고, 상세하게는 pH 2.5에서 pH 4이하일 수 있다.
상기 액상성분 중 유기화합물을 분리한 pH가 낮은 수용액은 상기 반응기 본체로 재순환시키는 것을 포함할 수 있다.
상기 반응기본체에서 탈수 및/또는 세척을 통해 배출되는 탈수 및/또는 세척수 성분은 소량의 유기화합물 및 무기물을 포함하는 수용액일 수 있다. 상기 유기화합물은 탄소, 수소, 질소, 산소, 황 성분을 주요 구성성분으로 할 수 있다.
상기 반응에 참여하는 산으로는 황산(H2SO4), 염산(HCl), 질산(HNO3), 인산(H3PO4), 과초산(C2H4O3), 초산(CH3COOH), 옥살산(C2H2O4) 등이 있을 수 있다.
상기 반응기 본체의 압력조건은 상압(1atm) 조건으로 형성될 수 있다.
또한, 상기 반응기본체에서의 저온 조건은 물의 증발잠열 손실을 배제하기 위하여 100℃ 미만일 수 있다. 저온 조건은 물의 증발잠열 손실을 배제하기 위하여 40℃ 내지 80℃ 일 수 있고, 상세하게는 60℃일 수 있다.
이하에서는, 본 발명에 따른 실시예를 참조하여 설명하지만, 이는 본 발명의 더욱 용이한 이해를 위한 것으로, 본 발명의 범주가 그것에 의해 한정되는 것은 아니다.
<실시예>
커피허스크 원시료를 105℃ 오븐에 건조시켜서 수분을 제거한다. 건조된 커피허스크 일부에 물을 넣어서 점도 5,000 cP이하로 유지한다. 상기 물을 넣은 커피허스크에 NaOH 1 wt%을 투입한다. 상기 처리액을 반응기에 넣고 60℃ 온도에서 10분 유지시킨다. 교반기는 rpm 10 내지 1000으로 교반한다. 상기 60℃는 분당 2℃ 승온조건으로 반응시간은 40분이다.
반응 후, 처리액을 1 ㎛ 필터를 이용해서 고액 분리를 진행한다. 회수된 고체는 105℃ 오븐에서 건조한다. 상기 오븐에서 회수한 시료 1 wt% 대 acetic acid 수용액 3 wt%의 비율 (처리액과 acetic acid의 비율은 1:1)로 교반한다.
상기 처리액을 상기 반응기에 넣고 60℃, 10분 유지한다. 상기 과정을 통해서 처리액에 포함된 Na 이온을 제거하고 상기 반응기에서 acetic acid을 제거한다.
상기 반응이 종료된 처리액을 1 ㎛ 필터로 고액 분리하고 잔여물은 증류수로 세척한다.
최종적으로 105℃ 오븐에서 건조시킨 후 펠렛 형태로 성형된 커피허스크 연료를 제조한다.
상기에서 제조된 커피허스크(Treatment coffee husk)와 커피허스크 원시료(Raw coffee husk) 및 우드 펠렛(Wood pellet)의 공업 분석을 수행한 결과를 도 3에 나타내었다.
도 3을 참조하면, 본원의 커피허스크 원료 생산시스템을 이용하여 제조된 커피허스크의 회분량은 0.16 wt%이고, 커피허스크 원시료의 회분량은 2.01 wt%인 바, 회분 감소율 92.04%에 이르는 것을 확인할 수 있다. 따라서, 본원발명에서 제조된 커피허스크는 회분률이 현저히 낮은 것을 알 수 있다.
한편, 상기에서 제조된 커피허스크(Treatment coffee husk)와 커피허스크 원시료(Raw coffee husk) 및 우드 펠렛(Wood pellet)의 성분 분석을 한 결과를 도 4에 나타내었다.
도 4를 참조하면, 본 발명에 따른 커피허스크는 Na2O의 제거율이 100%이고, MgO, P2O5 및 K2O의 제거율은 95% 이상으로 나타난다.
즉, 본원에 따른 커피허스크는 알칼리 물질을 주로 제거할 수 있는 바, 알칼리성 물질에 의해 반응기 본체가 부식되는 것을 방지할 수 있다.
또한, 본원 발명에 따른 커피허스크와 커피허스크 원시료의 회융점 분석 결과를 도 5에 도시하였다.
도 5를 참조하면, 본원 발명에 따른 커피허스크는 커피허스크 원시료와 비교할 때. 변형시작온도(DT), 연화온도(ST), 반구형 변화온도(HT) 및 용유온도(FT)가 모두 증가함을 알 수 있으며, 용융온도(FT) 차이는 162℃임을 확인할 수 있다.
이와 같이, 회융점이 증가함으로써 파울링, 슬래깅 및 크링커 현상이 감소할 수 있음을 예상할 수 있다.
본 발명이 속한 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기 내용을 바탕으로 본 발명의 범주내에서 다양한 응용 및 변형을 수행하는 것이 가능할 것이다.
10, 260 : 반응기 본체
11 : 커피허스크 공급부
12 : 물 공급부
13 : 촉매 공급부
21 : 제 1 탈수 유닛
22: 제 2 탈수 유닛
30 : 건조 유닛
40 : 성형 유닛
100 : 물 탱크
110 : 물 주입관
120 : 물 배출관
130 : 버너
140, 160 : 스팀 배출관
150 : 스팀 주입 라인
170 : 오일 탱크
180 : 오일 주입관
190 : 스팀 조절 밸브
200 : 스팀 주입 라인
210, 250 : 스팀 조절 밸브
220, 270 : 스팀 배출부
230, 240 : 스팀 공급부
280 : 스팀 배출 라인
290 : 스크러버
300 : 세척수
310 : 폐액
320 : 컨트롤 유닛

Claims (11)

  1. 커피허스크를 이용한 연료 생산시스템으로서,
    상기 커피허스크를 촉매 및 용매와 혼합하여 혼합물을 제조하는 반응기 본체;
    상기 혼합물의 수분을 제거하는 탈수 유닛;
    상기 탈수된 혼합물을 건조하는 건조 유닛; 및
    상기 건조 유닛에서 건조된 혼합물을 펠렛 형태로 성형하는 성형 유닛;
    을 포함하는 것을 특징으로 하는 커피허스크 연료 생산시스템.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 탈수 유닛은 상기 반응기 본체에서 형성된 혼합물의 수분을 순차적으로 제거하는 제 1 탈수 유닛 및 제 2 탈수 유닛을 포함하는 것을 특징으로 하는 커피허스크 연료 생산시스템.
  3. 제 2 항에 있어서, 상기 제 2 탈수 유닛은, 상기 제 1 탈수 유닛에서 탈수된 혼합물의 세척공정 및 2차 탈수 공정을 수행하는 것을 특징으로 하는 커피허스크 연료 생산시스템.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 커피허스크가 공급되는 반응기 본체에는 진동부가 추가된 것을 특징으로 하는 커피허스크 연료 생산시스템.
  5. 제 1 항에 있어서, 상기 탈수 유닛은 롤링 방식을 이용하여 고체와 액체를 압착 및 분리하는 것을 특징으로 하는 커피허스크 연료 생산시스템.
  6. 제 1 항에 있어서, 상기 반응기 본체에서는 100℃이하의 상압 상태에서 열수 추출 공정이 이루어지는 것을 특징으로 하는 커피허스크 연료 생산시스템.
  7. 제 1 항에 있어서, 상기 건조 유닛에서 제거된 폐액은 재활용되는 것을 특징으로 하는 커피허스크 연료 생산시스템.
  8. 제 1 항에 있어서, 상기 커피허스크 연료 생산시스템은 전체 공정을 제어할 수 있는 컨트롤 유닛을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 커피허스크 연료 생산시스템.
  9. 제 1 항에 있어서, 상기 커피허스크 연료 생산시스템의 상기 반응기 본체에서 상기 커피허스크에 포함된 알칼리 계열 물질을 제거하는 것을 특징으로 하는 커피허스크 연료 생산시스템.
  10. 제 1 항에 있어서, 상기 커피허스크연료 생산시스템을 통해 제조된 커피허스크의 회융점 온도는 커피허스크 원시료의 회융점 온도보다 증가하는 것을 특징으로 하는 커피허스크 연료 생산시스템.
  11. 삭제
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